新工科背景下交叉學(xué)科實踐教學(xué)平臺構(gòu)建

陳 祥

(江蘇師范大學(xué) 科文學(xué)院,江蘇 徐州 221000)

0 引言

新工科的研究與實踐，強調(diào)打破專業(yè)壁壘、促進(jìn)學(xué)科交叉融合，培養(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強，能夠解決復(fù)雜工程應(yīng)用問題的高素質(zhì)復(fù)合型人才[2]。本文從工科教育必不可少的實踐教學(xué)平臺出發(fā)，研究如何以平臺支持交叉學(xué)科項目引導(dǎo)的課程建設(shè)，如何為學(xué)生打造智能學(xué)習(xí)空間開展主動的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，從而為新工科建設(shè)提供落地支撐，促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

1 實踐教學(xué)平臺現(xiàn)狀

當(dāng)前，實踐教學(xué)平臺已廣泛應(yīng)用到各高校工科實踐教學(xué)中，傳統(tǒng)的實踐教學(xué)平臺主要面向?qū)W生、教師及管理人員，在課程設(shè)計、工程訓(xùn)練、實驗課程、學(xué)科競賽、畢業(yè)設(shè)計等方面通過線上管理、自動分析，降低了溝通成本，提高了教學(xué)效率，提升了整個實踐教學(xué)的管理水平。

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)平臺作為web2.0時代的產(chǎn)物，以專業(yè)課程為主題，圍繞作業(yè)、考試等電子交付物打造核心數(shù)據(jù)，面向教師、學(xué)生、管理者提供不同交互視圖。近年來，教學(xué)平臺生產(chǎn)廠家也在研究不同課程屬性，拓展支持新工科新專業(yè)，提供了云桌面、仿真實驗等系列新技術(shù)改善使用體驗，但究其本質(zhì)仍然是圍繞作業(yè)和考試的工具性改善，在如何面向新工科提供交叉學(xué)科的創(chuàng)新教育方面仍缺乏理論和實踐探索。

首先，傳統(tǒng)實踐教學(xué)平臺對先進(jìn)教學(xué)方法的支撐不足。近10年來，慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、情景式教學(xué)、混合式教學(xué)、智慧課堂等教學(xué)理念帶來了一波教學(xué)方法創(chuàng)新思潮，對線下教學(xué)、項目實踐、線上微課等提出了更高的要求。在線下教學(xué)方面，傳統(tǒng)的“教學(xué)主體論”“循序漸進(jìn)”教學(xué)原則難以應(yīng)對新工科的創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求；在項目實踐方面，需提升實踐教學(xué)平臺的能力支撐跨學(xué)科復(fù)雜工程項目的導(dǎo)入、分解和學(xué)習(xí)；在線上微課等教學(xué)資源方面，應(yīng)能將資源與項目、資源與學(xué)習(xí)者動態(tài)關(guān)聯(lián)，為學(xué)生建立智能化學(xué)習(xí)空間。

其次，傳統(tǒng)實踐教學(xué)平臺對新時代學(xué)生的吸引不足。現(xiàn)在的學(xué)生充分享受了互聯(lián)網(wǎng)時代各類軟件帶來的資源和樂趣，相比之下，大部分實踐教學(xué)平臺在形式和內(nèi)容上較為枯燥，主要體現(xiàn)在趣味創(chuàng)新性不足、開放時效性不足、互動性不足。因此，新時期實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建需要將平臺從布置作業(yè)考試的被動壓迫型平臺轉(zhuǎn)化為以能激發(fā)學(xué)生興趣的項目實踐為中心的主動學(xué)習(xí)型平臺，以學(xué)生為中心構(gòu)建開放互動的學(xué)習(xí)社區(qū)。

2 平臺理念

近年來，新工科類新專業(yè)如腦科學(xué)、機(jī)器人、光電信息、智能控制等如雨后春筍般在全國各高校落地生根。新工科專業(yè)不光是傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，更是不同學(xué)科的交叉融合。相較于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是創(chuàng)新能力強、實踐能力強、具備國際視野的高素質(zhì)復(fù)合型人才，不僅在某一學(xué)科專業(yè)上深入學(xué)習(xí)，而且還應(yīng)在相關(guān)學(xué)科自主學(xué)習(xí)、交叉融合；不僅能學(xué)習(xí)現(xiàn)有的知識、解決現(xiàn)有的問題，還需有能力學(xué)習(xí)新知識、拓展新技術(shù)去發(fā)現(xiàn)和解決未來的問題，對未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)起到引領(lǐng)作用。

欲培養(yǎng)這樣的創(chuàng)新人才，新工科的建設(shè)需進(jìn)行大膽的創(chuàng)新與改革，從人才培養(yǎng)機(jī)制、教學(xué)計劃、師資培養(yǎng)、教學(xué)方法、實踐實訓(xùn)等方面都提出了更高的要求，本文從以下幾方面嘗試進(jìn)行新工科教學(xué)改革的理論探索。

（4）該模式的應(yīng)用給電網(wǎng)規(guī)劃的適應(yīng)性提出了更高的要求。應(yīng)用分布式電源接入模式時，需要保證接入位置以及注入容量的科學(xué)性，如若不然，將造成相關(guān)設(shè)備的實際利用率偏低，又或者網(wǎng)損增加的弊端，從而電網(wǎng)可靠性帶來了不利影響[4]。

2.1 以愿景為驅(qū)動的創(chuàng)造型學(xué)習(xí)模型

美國著名管理學(xué)家彼得圣吉在他的《第五項修煉》一書中提出，愿景(vision)是“一種共同的愿望、理想、遠(yuǎn)景或目標(biāo)”。個人愿景是發(fā)自個人內(nèi)心的、真正關(guān)心的、渴望實現(xiàn)的愿望，它是一種期望的未來或意象。有愿景才能創(chuàng)造出熱情，而有了熱情才會激發(fā)出行動及戰(zhàn)略。高校教育相較于中小學(xué)教育更加開放自由，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生激發(fā)其求知欲，從而轉(zhuǎn)被動接受獲得知識到主動學(xué)習(xí)求證知識。

新工科建設(shè)關(guān)乎國家戰(zhàn)略，當(dāng)前新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展風(fēng)起云涌，應(yīng)讓學(xué)生主動感受時代的激情，樹立個人愿景，促進(jìn)學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。傳統(tǒng)的工科實踐教學(xué)項目具有規(guī)模小、設(shè)置時間晚和課程孤立等特點，導(dǎo)致學(xué)生往往只見各門課程的“樹葉”，而難以充分了解學(xué)科整個“樹木”，更難以接觸相關(guān)交叉學(xué)科的“樹林”。新工科多學(xué)科交叉融合的特點決定了須依靠學(xué)生自發(fā)的意識，才能更好地實現(xiàn)工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、跨學(xué)科學(xué)習(xí)和領(lǐng)導(dǎo)力的培養(yǎng)。

然而，愿景驅(qū)動并不是簡單的口號，新工科建設(shè)也非一蹴而就，“愿景驅(qū)動、知行合一、啟發(fā)創(chuàng)造”是一個長期堅持的過程。教師群體應(yīng)能與時俱進(jìn)，使用先進(jìn)的教學(xué)工具和教學(xué)方法，在傳授知識的同時，還應(yīng)激發(fā)學(xué)生主觀學(xué)習(xí)的愿望，提升學(xué)生的求知欲，維持正確的學(xué)習(xí)動機(jī)，為國家培養(yǎng)高質(zhì)量的新工科人才。

2.2 以項目為驅(qū)動的研討式教學(xué)模型

以項目為驅(qū)動的研討式教學(xué)模型提倡項目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動，在教學(xué)過程中要以學(xué)生為本位，以教師設(shè)計問題情境且適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生解決問題為主線，以激發(fā)判斷力和思考力為目的，最終實現(xiàn)學(xué)生素質(zhì)全面發(fā)展[3]。項目式教學(xué)和研討式教學(xué)在我國的教學(xué)實踐已有很長歷史，實踐證明，這些教學(xué)方法可以為高等教育教學(xué)增添活力和動力，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)做出了貢獻(xiàn)。

新工科背景下，需進(jìn)一步明確多學(xué)科交叉融合和重視項目實踐的建設(shè)思路，讓交叉學(xué)科項目在實踐教學(xué)中將發(fā)揮更大的作用，探索基于交叉學(xué)科項目平臺的學(xué)科課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革。以交叉學(xué)科項目角度重新審視現(xiàn)有課程體系，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，構(gòu)建第二課堂體系，基于項目主題打造個性課堂，基于能力評估打造層次教學(xué)，推動跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新。

在傳統(tǒng)的循序漸進(jìn)的教育原則下，學(xué)生以基礎(chǔ)理論課入門，經(jīng)過3年專業(yè)學(xué)習(xí)后，才能融合所學(xué)技術(shù)，進(jìn)行較完整的項目實戰(zhàn)，然此過程對學(xué)生的耐心和興趣是一個巨大的消磨。新工科背景下，需要讓學(xué)生盡早從模仿中開啟實踐，從項目拆解中學(xué)習(xí)理論原理，基于原理進(jìn)行改造以鍛煉創(chuàng)造力，進(jìn)而完成“識記、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評價”等一系列認(rèn)知過程，并通過第二課堂等方式完成交叉學(xué)科學(xué)習(xí)。

2.3 以學(xué)生為中心的全過程式教學(xué)平臺

新工科的建設(shè)是一個長期的系統(tǒng)性的工程，需要從師資培養(yǎng)、教學(xué)資料、交叉學(xué)科項目、教學(xué)方法等方面反復(fù)實踐驗證，需要一個強力的落地支撐，而實踐教學(xué)平臺無疑是一個很好的選擇。信息化平臺在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)有著舉足輕重的地位，平臺可以有效提高實踐教學(xué)管理的效率和水平，切實加強實踐教學(xué)管理的規(guī)范化，實現(xiàn)教學(xué)資源共享和高效利用，加強教學(xué)質(zhì)量管理和監(jiān)控，最終促進(jìn)教學(xué)改革的進(jìn)一步發(fā)展。

教學(xué)平臺可以為交叉學(xué)科項目的導(dǎo)入、分解、實訓(xùn)提供平臺支撐，為教師教學(xué)提供生態(tài)化學(xué)習(xí)資源，支持各類多媒體資源的持續(xù)累積和改善，“顆?；狈纸饨虒W(xué)資源，將資源與項目、資源與學(xué)習(xí)者動態(tài)關(guān)聯(lián)。教師以服務(wù)者的模式與平臺、與學(xué)生交互，人機(jī)協(xié)同為學(xué)習(xí)者提供面向目標(biāo)導(dǎo)向、過程管理以及評價反饋的全過程服務(wù)。

教學(xué)平臺也為先進(jìn)教學(xué)方法的實施提供了支持，打造以學(xué)生為中心的全時空的學(xué)習(xí)空間。學(xué)生借助平臺，提前縱向了解本學(xué)科知識學(xué)習(xí)路線，橫向了解交叉學(xué)科知識關(guān)聯(lián)，按照教師的引導(dǎo)和自我興趣，開展主動性學(xué)習(xí)。平臺上的資源根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行智能匹配推送，并對學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評估反饋。在線下教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以在課前主動學(xué)習(xí)，課后實踐練習(xí)，在課堂通過更多的互動進(jìn)行交流、問題反饋，在教師的指導(dǎo)下，探索創(chuàng)新型研究和實踐。

3 平臺構(gòu)建

通過以上理論分析，可以看出實踐教學(xué)平臺在新工科建設(shè)中提供了基礎(chǔ)設(shè)施的作用。實踐教學(xué)平臺將新工科的課程改革具象化，讓教師和學(xué)生都能清楚地了解本專業(yè)人才培養(yǎng)路線；將交叉學(xué)科項目和教學(xué)內(nèi)容沉淀到平臺上，使得整個新工科建設(shè)更加系統(tǒng)化，在橫向和縱向上持續(xù)延伸和優(yōu)化；平臺資源建設(shè)以服務(wù)學(xué)生為核心，為學(xué)生提供個性化智能學(xué)習(xí)空間，結(jié)合線下研討式教學(xué)，以期達(dá)到培養(yǎng) “新工科”背景下解決綜合問題和復(fù)雜問題、具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的新型人才目標(biāo)。

新工科背景下，新時期的交叉學(xué)科實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建至少應(yīng)包括以下4個方面。

3.1 項目導(dǎo)入與分解

傳統(tǒng)實踐教學(xué)平臺往往僅支持規(guī)模較小的線上項目，原因在于僅從模擬仿真和在線運行的角度考慮對項目的支撐。新工科背景下，交叉學(xué)科項目的規(guī)模更大、涉及的學(xué)科和知識點更多，項目在線分解和學(xué)習(xí)的難度更大。技術(shù)上，可以參考企業(yè)級項目管理的思路進(jìn)行分解，引入代碼托管、持續(xù)集成、在線建模、進(jìn)度管理等工具，更多地從管理和展示上對交叉學(xué)科項目提供支撐。

交叉學(xué)科項目的導(dǎo)入與分解，涉及不同學(xué)科的課程設(shè)計、知識點的分解、學(xué)生的跟蹤考核、項目的大數(shù)據(jù)分析等，需要平臺的技術(shù)支持和雙師型教師的深入?yún)⑴c。從項目中分解出適合學(xué)科教學(xué)的子項目，以子項目作為課程教學(xué)實踐，設(shè)計以項目為引導(dǎo)的“微學(xué)習(xí)”知識單元；然后在這些微知識單元的基礎(chǔ)上，組合出科學(xué)的章節(jié)結(jié)構(gòu)，形成系列的課程知識體系；最后將這些成體系的課程關(guān)聯(lián)整合成具有邏輯關(guān)系的專業(yè)前沿知識與能力培養(yǎng)體系課與學(xué)科群[4]。從課程基本知識練習(xí)到項目整體融合與改造，既保證子項目的可操作性，又保持整體項目對學(xué)生的吸引力，促使學(xué)生開展愿景驅(qū)動、成果導(dǎo)向的項目式學(xué)習(xí)。

3.2 知識中心建設(shè)

近年來，慕課的出現(xiàn)對高等教育產(chǎn)生了重要影響，線上線下相結(jié)合混合式教學(xué)模式，改變了“教師為中心，課本為中心”的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，提倡“以學(xué)生為中心，以知識為中心”的更有活力的教學(xué)模式。但新工科背景下教學(xué)平臺知識中心建設(shè)不能簡單等同慕課或線上視頻，而應(yīng)深入研究讓知識點以最恰當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)形式以最優(yōu)的組織形式為課堂教學(xué)、項目實踐以及學(xué)生自主學(xué)習(xí)服務(wù)。

首先，知識中心的形式不必拘泥，可以包括視頻、圖文、思維導(dǎo)圖、wiki等多種形式。其次，知識中心不應(yīng)是課程章節(jié)的順序講解，而應(yīng)圍繞學(xué)科知識點及關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行精心編織。知識點應(yīng)顆?；W(wǎng)狀組織，既要為線下教學(xué)服務(wù)，便于學(xué)生課前課后預(yù)習(xí)和反芻；又要能和交叉學(xué)科項目實踐關(guān)聯(lián)起來，便于學(xué)生理論實踐結(jié)合；同時，使用大數(shù)據(jù)和智能推薦技術(shù)，根據(jù)學(xué)科進(jìn)度和學(xué)生特點構(gòu)建智能學(xué)習(xí)空間。

3.3 學(xué)習(xí)社區(qū)管理

新工科背景下，多學(xué)科交叉融合的特性和項目實踐的復(fù)雜性促使教師建立團(tuán)隊式教學(xué)、學(xué)生進(jìn)行小組式學(xué)習(xí)、師生間建立更頻繁的溝通。平臺需引入學(xué)習(xí)社區(qū)的概念，優(yōu)化教師、同學(xué)、師生之間的線上線下溝通關(guān)系，通過社交網(wǎng)絡(luò)功能，為師生團(tuán)隊提供展示理論實踐成果的平臺，提供基于知識點和主題的線上問答、討論區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生主動開展創(chuàng)造型學(xué)習(xí)。

平臺學(xué)習(xí)社區(qū)的建立，將重新定義和拓展教師的功能，為教師增加促進(jìn)者和教練的角色。人機(jī)合理分工，平臺完成邏輯性、單調(diào)性、重復(fù)性的工作，教師完成具有情感性、創(chuàng)造性、社會性的工作，讓教師專注于點撥啟發(fā)、解難答疑、個性關(guān)照等工作[5]。通過不斷拓展優(yōu)化教師、企業(yè)、學(xué)長、退休教師等角色的參與方式，將平臺打造為學(xué)校、教師、社會、產(chǎn)業(yè)、學(xué)生之間溝通的紐帶。

3.4 考核機(jī)制

構(gòu)建成果驗證、過程監(jiān)控、評價反饋等機(jī)制。實踐教學(xué)的大數(shù)據(jù)分析，使得學(xué)習(xí)評估有證可循，從經(jīng)驗性評估走向依據(jù)科學(xué)數(shù)據(jù)分析的發(fā)展性評估。在項目實踐中，加強過程性評估，讓學(xué)生獲得及時和具體的學(xué)習(xí)反饋，讓老師準(zhǔn)確評估學(xué)生現(xiàn)有水平，進(jìn)行定向干預(yù)。教師依托平臺，探索教學(xué)方法的落地實施，同時也以不同教學(xué)方法驗證平臺的實用性。結(jié)合平臺數(shù)據(jù)，可以輔助教師描述和解釋過去的現(xiàn)象、預(yù)警和干預(yù)正在發(fā)生的學(xué)習(xí)、推斷發(fā)展趨勢和預(yù)測將來，達(dá)到循證評估、精準(zhǔn)教學(xué)的目的。

平臺的構(gòu)建應(yīng)堅持以學(xué)習(xí)者為中心，堅持目標(biāo)、過程和評價3個導(dǎo)向，教師和平臺都以服務(wù)者身份成為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)助手。教師著重為學(xué)生提供點撥啟發(fā)、解難答疑、個性關(guān)照等服務(wù)，并設(shè)計學(xué)習(xí)評價指標(biāo)，通過平臺用戶行為數(shù)據(jù)的深入挖掘與分析，對學(xué)生實踐過程進(jìn)行精準(zhǔn)分析與反饋，為學(xué)生提供精準(zhǔn)的個性化指導(dǎo)，結(jié)合平臺學(xué)習(xí)資源推送、測練提供、消息傳遞、數(shù)據(jù)處理等智能服務(wù)，使學(xué)生在過程中保持主動學(xué)習(xí)的動力，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)造的潛力。

4 結(jié)語

新工科的建設(shè)是一個系統(tǒng)性的工程，作為教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施的實踐教學(xué)平臺應(yīng)及時進(jìn)行改革升級，以適應(yīng)新時期高等教育的發(fā)展需要。本文通過新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的理論研究，解析構(gòu)建交叉學(xué)科的實踐教學(xué)平臺關(guān)鍵支撐技術(shù)，旨在將實踐教學(xué)平臺構(gòu)建成為學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的學(xué)習(xí)空間，成為學(xué)校培養(yǎng)雙師型教師的訓(xùn)練營，成為學(xué)校和產(chǎn)業(yè)的連接點，為新工科的學(xué)科建設(shè)提供參考價值。